空气机械

第五章空氣機械概述基本理論離心式送風機與壓縮機軸流式送風機與壓縮機迴轉式送風機與壓縮機往復式送風機與壓縮機真空泵風力機5.1概述空氣動力機械空氣原動機械空氣動力機械空氣動力機械：空氣動力機械為對空氣施加能量，使其壓力提高或速度增加的機械，如風扇（fan）、鼓風機（blower）、壓縮機（compressor）及真空泵（vacuumpump）。空氣原動機械空氣原動機械：空氣原動機械為將空氣本身的速度及壓力能，轉換成動力的機械，如空氣輪機（airturbine）、風力機（windturbine）等。空氣動力機械依使用壓力分類風扇：0.1kgf/cm2以下（1m水柱以下）鼓風機：0.1~1kgf/cm2之間（1~10m水柱）壓縮機：1kgf/cm2以上（10m水柱以上）真空泵：從低於大氣壓處將氣體抽出空氣動力機械依壓力產生分類輪機式：軸流式及離心式（多翼式、徑向式及輪機式）排量式：往復式及迴轉式（魯氏、滑動葉及螺旋）送風機及壓縮機之分類(1/2)送風機及壓縮機之分類(2/2)送風機及壓縮機之適用範圍5.2基本理論標準狀態壓力單位換算送風機靜壓、動壓及總壓動力與效率標準狀態標準狀態：若大氣壓力為760mmHg、溫度為20℃、相對濕度為75%及密度為1.2kg/m3，則稱為空氣之標準狀態。壓力單位換算2/11mkgfmmAq23/1000101mkgfmmAqmAq2/6.136.131mkgfmmAqmmHg242/1010/1mkgfmAqcmkgf送風機靜壓、動壓及總壓靜壓ps：平行於流動氣體的物體表面所承受之壓力(mmAq,kgf/cm2,kgf/m2)動壓pd：由流體的速度所產生之壓力(mmAq,kgf/cm2,kgf/m2)總壓pt：靜壓及動壓之和(mmAq,kgf/cm2,kgf/m2)送風機的壓力上升1V2V送風機進氣、排氣的動壓pd1：送風機進氣之動壓(kgf/m2)22111/2mkgfgVpd22222/2mkgfgVpdpd2：送風機排氣之動壓(kgf/m2)：送風機進氣之比重量(kgf/m3)V1：送風機進氣之平均流速(m/s)V2：送風機排氣之平均流速(m/s)1：送風機排氣之比重量(kgf/m3)2送風機進氣、排氣的總壓pt1：送風機進氣之總壓(kgf/m2)pt2：送風機排氣之總壓(kgf/m2)2111/mkgfpppdst2222/mkgfpppdstps1：送風機進氣之靜壓(kgf/m2)ps2：送風機排氣之靜壓(kgf/m2)送風機的總壓pt：送風機之總壓(kgf/m2)12tttppp1122dsdspppp21212/mkgfppppddss送風機的靜壓ps：送風機之靜壓(kgf/m2)2dtdtsppppp21212dddssppppp2112/mkgfpppdss送風機的壓力比pr：送風機之壓力比12ttrppp送風機的壓力頭h：送風機之壓力頭(m)mpht空氣之比容v：空氣之比容(m3/kgf)，與熱力學上之定義有些差異(單位)1v依壓力比分類壓力比小於1.03，氣體可視為不可壓縮。壓力比在1.03~1.07間，氣體已有壓縮性。壓力比高於1.07，氣體依壓縮過程而定。壓力比小於1.03(1/2)Lt：理論總壓空氣功率(kW)Ls：理論靜壓空氣功率(kW)Q1：進氣狀態下的風量(m3/min)601021ttpQLkWppppQddss1212160102601021sspQLkWpppQdss112160102壓力比小於1.03(2/2)ps1：送風機進氣之靜壓(kgf/m2)ps2：送風機排氣之靜壓(kgf/m2)pd1：送風機進氣之動壓(kgf/m2)pd2：送風機排氣之動壓(kgf/m2)pt：送風機之總壓(kgf/m2)ps：送風機之靜壓(kgf/m2)壓力比在1.03~1.07間k：比熱比(specificheatratio)kWppkpppppQLddssssst121121212160102kWpkpppppQLdssssss11121212160102vpcck總壓效率及靜壓效率L：實際的軸動力(kW)%LLtt%LLssts：總壓效率(%)：靜壓效率(%)壓力比大於1.07(高壓力比)絕熱壓縮等溫壓縮多變壓縮各種壓縮過程的p-v圖絕熱壓縮過程的p-v圖絕熱壓縮過程之功(1/2)cpvkpdvwadbbpdvpdvpdv222111kgfmkgfppvpkkkk/1111211絕熱壓縮過程之功(2/2)p：壓力(kgf/m2)v：比容(m3/kgf)下標1：進氣c：常數wad：壓縮機對單位重量氣體所作之功(kgf-m/kgf)k：比熱比下標2：排氣絕熱壓縮過程之理論絕熱功率(1/4)601021adadQwL1160102112111kkppvpkkQkWppkkQpkk11601021121絕熱壓縮過程之理論絕熱功率(2/4)Lad：絕熱理論功率(kW)Q：進氣量(m3/min)111v：進氣比重量(kgf/m3)絕熱壓縮過程之理論絕熱功率(3/4)601021adadQwL116010211211kkppvpkkGkWppkkGRTkk11601021121QG1111RTvp絕熱壓縮過程之理論絕熱功率(4/4)G：進氣量重量(kgf/min)R：氣體常數(kgf-m/kgf-K)T1：進氣溫度(K)絕熱壓縮過程之平均有效絕熱壓力kWQpLeadad601021111211kkeadppvpkkppead：平均有效絕熱壓力(meaneffectiveadiabaticpressure)(kgf/m2)絕熱壓縮過程之絕熱揚程(1/2)1eadadphhad：絕熱揚程(adiabatichead)(m)1111211kkpppkkmppvpkkkk1111211絕熱壓縮過程之絕熱揚程(2/2)kWQhLadad601021psQhLadad60751絕熱壓縮過程之總絕熱效率tad%LLadtad：總絕熱效率(overalladiabaticefficiency)(%)，0.6~0.85L：實際軸動力(kW,ps)等溫壓縮過程的p-v圖等溫壓縮過程之功(1/2)cpvpdvwisbbpdvpdvpdv222111kgfmkgfppvp/ln1211等溫壓縮過程之功(2/2)p：壓力(kgf/m2)v：比容(m3/kgf)c：常數wis：壓縮機對單位重量氣體所作之功(kgf-m/kgf)下標1：進氣下標2：排氣等溫壓縮過程之理論等溫功率kWppGRTLis121ln60102kWppQpLis121ln60102Lis：理論等溫功率(kW)Q：進氣量(m3/min)G：進氣量重量(kgf/min)R：氣體常數(kgf-m/kgf-K)T1：進氣溫度(K)等溫壓縮過程之平均有效等溫壓力kWQpLeisis60102121lnppppeispeis：平均有效等溫壓力(meaneffectiveisothermalpressure)(kgf/m2)等溫壓縮過程之等溫揚程(1/2)1eisisphhis：等溫揚程(isothermalhead)(m)1211lnpppmppvp1211ln等溫壓縮過程之等溫揚程(2/2)kWQhLisis601021psQhLisis60751等溫壓縮過程之總等溫效率tis%LListis：總等溫效率(overallisothermalefficiency)(%)，0.5~0.7L：實際軸動力(kW,ps)各種壓縮過程的p-v圖多變壓縮過程之功(1/2)1,kncpvnpdvwpolbbpdvpdvpdv222111kgfmkgfppvpnnnn/1111211多變壓縮過程之功(2/2)p：壓力(kgf/m2)v：比容(m3/kgf)下標1：進氣c：常數wpol：壓縮機對單位重量氣體所作之功(kgf-m/kgf)n：多變指數下標2：排氣多變壓縮過程之理論多變功率(1/4)601021polpolQwL1160102112111nnppvpnnQkWppnnQpnn11601021121多變壓縮過程之理論多變功率(2/4)Lpol：多變理論功率(kW)Q：進氣量(m3/min)111v：進氣比重量(kgf/m3)多變壓縮過程之理論多變功率(3/4)601021polpolQwL116010211211nnppvpnnGkWppnnGRTnn11601021121QG1111RTvp多變壓縮過程之理論多變功率(4/4)G：進氣量重量(kgf/min)R：氣體常數(kgf-m/kgf-K)T1：進氣溫度(K)多變壓縮過程之平均有效多變壓力kWQpLepolpol601021111211nnepolppvpnnpppol：平均有效多變壓力(meaneffectivepolytropicpressure)(kgf/m2)多變壓縮過程之多變揚程(1/2)1polpolphhpol：多變揚程(polytropichead)(m)1111211nnpppnnmppvpnnnn1111211多變壓縮過程之多變揚程(2/2)kWQhLpolpol601021psQhLpolpol60751各壓縮過程之比較(1/2)絕熱壓縮與等溫壓縮為理論上之壓縮過程。在實際的壓縮機中皆為多變過程。各壓縮過程之比較(2/2)對於冷卻效果良好的壓縮機，如往復式壓縮機等，壓縮過程介於絕熱與等溫過程之間，即1nk。對於冷卻效果不良之壓縮機，如離心式壓縮機或軸流式壓縮機，壓縮過程較接近絕熱溫過程且溫度上升，因此nk。空氣機械之體積效率：體積效率(%)G：排氣重量(kgf/min)v%GGGv：進氣重量(kgf/min)GG空氣機械之機械效率：機械效率(%)mL：外界輸入之軸動力(kgf·m/s,kW,ps)%LLLLLmimLm：機械損失(kgf·m/s,kW,ps)Li=L-Lm：內動力，實際氣體所獲得之動力(kgf·m/s,kW,ps)多變壓縮過程之實際功(1/3)下標1：進氣wi：單位重量氣體所獲得之功(kgf-m/kgf)下標2：排氣kgfmkgfTTchhwpi/1